电工电子学第十一章.ppt

第11章 运算放大器 11.1 运算放大器的简单介绍 11.2 放大电路中的负反馈 11.3 运算放大器在信号运算方面的应用 11.4 运算放大器在信号处理方面的应用 11.5 运算放大器在波形方面的应用 11.7 使用运算放大器应注意的几个问题 11.6 集成功率放大器 11.1 运算放大器的简单介绍 将整个电路的各个元件做在一 个半导体基片上。 优点:工作稳定、使用方便、体积小、 重量轻、功耗小、价格便宜。 分类: 模拟集成电路、数字集成电路 小、中、大、超大规模集成电路 即SSI,MSI,LSI,VLSI. 集成电路: 返回 11.1.1 集成运算放大器的特点 1、难于制造电感元件,制造大于200F的电容也比较 困难所以，运算放大器各级之间都采用直接耦合。 2、输入级都采用差动放大电路,电路元件制作在一个 芯片上，元件参数偏差方向一致，温度均一性好。 3、电阻元件由硅半导体构成，范围在几十到20千欧， 精度低。高阻值电阻用三极管有源元件代替或外接。 4、二极管一般用三极管的发射极、基极、集电极三 者适当组配使用。 返回 11.1.2 电路的简单说明 输入级中间级 输出级 -UEE +UCC u uo u 反相端 同相端 T3 T4 T5 T1T2 IS 基本原 理框图 返回 T3 T4 T5 T1T2 IS u u 反相端 同相端 uo 与uo反相 与uo同相 返回 -UEE +UCC u uo u 反相端 同相端 T3 T4 T5 T1T2 IS 要求： 输入级 尽量减小零点漂移,尽量提高 KCMRR , 输入阻抗 ri尽可能大。 返回 -UEE +UCC u uo u 反相端 同相端 T3 T4 T5 T1T2 IS 输入级 中间级 足够大的电压放大倍数 返回 -UEE +UCC u uo u 反相端 同相端 T3 T4 T5 T1T2 IS 输入级中间级 输出级 主要提高带负载能力，给出足够的输出电流 io ，输出阻抗 ro小。 返回 11.1.3 主要参数 1.最大输出电压UOPP 能使输出电压与输入电压保持不失真关系的最大输出电压 2.开环电压放大倍数Auo 在没有外界反馈电路时所测出的电压放大倍数。Auo越高, 所构成的运算电路越稳定,运算精度也越高。Auo一般约为 104107。 3.输入失调电压UIO 当输入电压为零时,uo不等于零。反过来说,如果要使uo等于零 必须在输入端加一个很小的补偿电压UIO,它就是输入失调电压。 一般为几毫伏。 返回 4.输入失调电流IIO 输入信号为零时,两个输入端静态基极电流之差,即 IIO=IB1-IB2。IIO一般在零点零几毫安，其值与小 愈好。 5.输入偏置电流IIB 输入信号为零时,两个输入端静态基极电流的平均值,即 IIB=(IB1+IB2)。它的大小主要和电路中的第一级管子 的性能有关,这个电流愈小愈好,一般为零点几毫安级。 6.共模输入电压范围UIM 运算放大器对共模信号具有抑制的性能,但这个性能是在 规定的共模电压范围内才具备的。如超出这个电压,运算 放大器的共模性能就达为下降,甚至造成器件损坏。 返回 ri 高:几十k 几百k 运放的特点： KCMRR很大 ro 小：几十 几百 A uo 很大:104以上 107 运放的特点 返回 11.1.4 理想运算放大器及其分析依据 差模输入电阻 rid 1.理想化的主要条件： 开环电压放大倍数Auo 开环输出电阻ro 0 共模抑制比KCMRR 2.运放符号： u u+ uo u u+ uo 返回 ui uo +Uo(sat) Ao越大，运放的线性范围越小，必须加负反馈才能 使其工作于线性区。 3.运算放的器的传输特性 uo=Auo(u-u+) 线性区 饱和区 -Uo(sat) u+-u- 理想特性 实际特性 u-uo _ + + u+ 返回 运算放大器工作在线性区时，分析依据： 虚开路 (1)由于运算放大器的差模输入电阻rid , 可认为两个输入端的输入电流为零。即： (2)由于运算放大器的开环电压放大倍数Auo 而输出电压是一个有限的数值,即: uo=Auo(u+-u-) 虚短路 返回 运算放大器工作在饱和区时，分析依据： ui uo +Uo(sat) 饱和区 -Uo(sat) u+-u- 理想特性 实际特性 当u+u-时, uo=+Uo(sat); 当u+UR时, uo=-Uo(sat) - + uo ui UR + + + R1 R2 返回 +Uo(sat) uo ui 0 -Uo(sat) 过零比较器 当UR=0时,即输入电压和零 电平比较,称为过零比较器 - + uo ui + + R1 R2 + 返回 + +uo ui t ui t uo +Uom -Uom 例：利用电压比较 器将正弦波变为方 波。 返回 + + uiuo UZ uo ui 0 +UZ -UZ 稳定输出电压 返回 电压比较器的另一种形式 + + ui uo UZ R R _ 返回 总结 1、电路简单。 2、当Ao不够大时，输出边沿不陡。 3、 容易引入干扰。 返回 t ui t uo 过零附近仍 处于放大区 Ao不够大时的情况 返回 迟滞比较器 分析： 1、因为有正反馈， 所以输出饱和。 2、当uo正饱和时： 3、当uo负饱和时： 比较电压由原 来的输出决定 + + uo R RFR1 ui UR 返回 传输特性 U+ U+ 跳转后增大了U+-U- 加速跳转 小于回差的干扰不会引起跳转 uo ui 0 Uom -Uom 返回 t ui U+ U+“ t uo Uom -Uom 输入正弦波的情况 返回 11.5 运算放大器在波形方面的应用 11.6 集成功率放大器 11.5 .1 RC正弦波振荡电路 1 自激振荡 2 RC正弦波振荡电路 11.5 .2 矩形波发生器 返回 11.7 使用运算放大器应注意的几个问题 11.7.1 选用元件 集 成 运 算 放 大 器 的 分 类 按技术指标分 通用型 高速型 低功耗型 大功率型 高精度型等 按内部电路分 双极型(有晶体管组成) 单极型(有场效应管组成) 按每一集成片中运算放大器的数目分 单运放 双运放 四运放 返 回 选用元件原则 根据实际要求选用运算放大器。选好后,根据管脚图 和符号图连接外部电路,包括电源、外接偏置电阻、 外接消振电路及调零电路等。 返回 11.7.2 消振 11.7.3 调零 外接RC消振电路或消振电容，用它来 破坏产生自激振荡的条件。 返回 11.7.4 保护 1.输入端保护 当输入端所加的差模或共模电压过高时会损坏 输入级的晶体管。 在输入端接入反相并联的二极管 将输入电压限制在二极管的正向压降以下。 _ + + RF R1 R2 uiuo D1 D2 返回 2.输出端保护 为了防止输出电压过大，可利用稳压管来保护。 RF _ + + R1 R2 uiuo DZ11 DZ